JPH02177583A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- JPH02177583A JPH02177583A JP33369388A JP33369388A JPH02177583A JP H02177583 A JPH02177583 A JP H02177583A JP 33369388 A JP33369388 A JP 33369388A JP 33369388 A JP33369388 A JP 33369388A JP H02177583 A JPH02177583 A JP H02177583A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は半導体レーザ装置に関し、特に高出力動作が可
能な半導体レーザ装置に関する。
能な半導体レーザ装置に関する。
(従来の技術)
半導体レーザ素子を100mW以上の高出力で動作させ
るために、複数本のレーザ発襲ストライプを並べたレー
ザアレイや、レーザ発振領域のストライプ播を広げたブ
ロードエリアレーザの研究が盛んに行われている。この
ような高出力半導体レーザ素子1よ、YAGレーザ等の
固体レーザの励起光源として使用されたり、非線形光学
材料から第2高調波を発生させるための光源として使用
されている0本発明者等は高出力半導体レーザ素子の一
例として第3図に示すように複数のVSIS(V−ch
anneled 5ubstrate Inner 5
tripe)レーザを同一基板上に並置したレーザ素子
を報善している(J、 Appl、 Phys、 58
(7)、 10ctober 1985)。
るために、複数本のレーザ発襲ストライプを並べたレー
ザアレイや、レーザ発振領域のストライプ播を広げたブ
ロードエリアレーザの研究が盛んに行われている。この
ような高出力半導体レーザ素子1よ、YAGレーザ等の
固体レーザの励起光源として使用されたり、非線形光学
材料から第2高調波を発生させるための光源として使用
されている0本発明者等は高出力半導体レーザ素子の一
例として第3図に示すように複数のVSIS(V−ch
anneled 5ubstrate Inner 5
tripe)レーザを同一基板上に並置したレーザ素子
を報善している(J、 Appl、 Phys、 58
(7)、 10ctober 1985)。
この高出力半導体レーザ素子は次のようにして製造され
る。先ず、p−GaAs基板1上にn−A 1 @、I
G al、gA S電流狭窄層2を液相エピタキシャル
法により成長させる。電流狭窄層2の表面から基板1に
達する複数の溝3の列をフォトリソグラフィと化学エツ
チングによって形成する。液晶エピタキシャル法によっ
て、p−Al1,33G as、atA Sクラッド層
4を成長させ、溝3の列を平坦に埋め込み、その上にp
A196@G a @、g2A s活性層5、n
−A I 9,33G a m、stASクラッド層6
及びn −G a A sキャップ層7を成長させる。
る。先ず、p−GaAs基板1上にn−A 1 @、I
G al、gA S電流狭窄層2を液相エピタキシャル
法により成長させる。電流狭窄層2の表面から基板1に
達する複数の溝3の列をフォトリソグラフィと化学エツ
チングによって形成する。液晶エピタキシャル法によっ
て、p−Al1,33G as、atA Sクラッド層
4を成長させ、溝3の列を平坦に埋め込み、その上にp
A196@G a @、g2A s活性層5、n
−A I 9,33G a m、stASクラッド層6
及びn −G a A sキャップ層7を成長させる。
p−GaAs基板1の表面にn側電極8を、n−GaA
sキャップ層7の表面にn側電極9を設ける。璧開によ
って互いに平行な1対の反射面を形成し、半導体レーザ
素子A(共振器長250μm)を得る。
sキャップ層7の表面にn側電極9を設ける。璧開によ
って互いに平行な1対の反射面を形成し、半導体レーザ
素子A(共振器長250μm)を得る。
このようにして形成された半導体レーザ素子Aの動作を
説明する。n側電極8とn側電極9との間に電圧を印加
すると溝3の列から活性層5に電流が注入され、レーザ
発振が生じる。このように、複数列の溝3によって活性
層5に対する電流注入が行われるので、活性層5を伝搬
する導波光は溝3の列に対応して広がって分布し、活性
層5に於ける光密度が低減されている。また、谷溝3に
対応する導波光が互いに一定の位相関係で同期発振する
ので、高出力まで安定したレーザ発振が得られる。
説明する。n側電極8とn側電極9との間に電圧を印加
すると溝3の列から活性層5に電流が注入され、レーザ
発振が生じる。このように、複数列の溝3によって活性
層5に対する電流注入が行われるので、活性層5を伝搬
する導波光は溝3の列に対応して広がって分布し、活性
層5に於ける光密度が低減されている。また、谷溝3に
対応する導波光が互いに一定の位相関係で同期発振する
ので、高出力まで安定したレーザ発振が得られる。
このような半導体レーザ素子Aでは、通常の単一スドラ
イブレーザに比べて注入電流がかなり多いために、連続
動作させると発生する熱量が多くなり、高注入状態では
光出力が飽和したり、高温動作が不可能になる。従って
、例示の素子のような高出力レーザに於いては、注入電
流によって発生した熱を効率よく放熱することが重要な
課題である。
イブレーザに比べて注入電流がかなり多いために、連続
動作させると発生する熱量が多くなり、高注入状態では
光出力が飽和したり、高温動作が不可能になる。従って
、例示の素子のような高出力レーザに於いては、注入電
流によって発生した熱を効率よく放熱することが重要な
課題である。
このため、従来に於いては、第3図に示すように、半導
体レーザ素子Aを予め電極11が表面に形成されている
Cuヒートシンク10上にInハンダ材12によって熱
融着することが行われている。第3図の半導体レーザ装
置では、レーザ素子Aの活性層5に近い結晶成長表面を
ヒートシンク10に融着するジャンクションダウンマウ
ント法が採用されている。この構成では、レーザ素子A
の活性層5及びその近傍で発生した非発光再結合による
熱の内、ヒートシンク10側に流れたものはヒートシン
ク10に効率良く吸収され、放熱は良好に行われる。し
かし、基板1側に流れた熱については、基板1の熱伝導
率がヒートシンク10に比較して小さいため、放熱の効
率は悪い、尚、図中の矢印は熱の流れを示している。
体レーザ素子Aを予め電極11が表面に形成されている
Cuヒートシンク10上にInハンダ材12によって熱
融着することが行われている。第3図の半導体レーザ装
置では、レーザ素子Aの活性層5に近い結晶成長表面を
ヒートシンク10に融着するジャンクションダウンマウ
ント法が採用されている。この構成では、レーザ素子A
の活性層5及びその近傍で発生した非発光再結合による
熱の内、ヒートシンク10側に流れたものはヒートシン
ク10に効率良く吸収され、放熱は良好に行われる。し
かし、基板1側に流れた熱については、基板1の熱伝導
率がヒートシンク10に比較して小さいため、放熱の効
率は悪い、尚、図中の矢印は熱の流れを示している。
また、注入電流が多い場合には、レーザ素子の抵抗に起
因するジュール熱が問題になる。上述のレーザ素子Aに
於いて幅4μmの?113を5μmの周期で10本形成
した場合(即ち、10本の発振ストライブを構成する場
合)の、注入電流に対する光出力、無効電力、及び注入
電力(光出力と無効電力との和)の変化の様子を第4図
に示す、無効電力の内の素子抵抗によるジュール熱の注
入電流に対する変化も第4図に示されている。第4図か
ら明らかなように、ジュール熱は電流の増大に対してそ
の自乗の割合で急激に増大する0例えば、電流が0.7
Aであれば、光出力が0. 36W、無効電力が1.1
6Wであるのに対して、素子抵抗によるジュール熱は0
.4Wにもなる。また、このような構成に於けるレーザ
素子Aの最大光出力は0.7Wである。
因するジュール熱が問題になる。上述のレーザ素子Aに
於いて幅4μmの?113を5μmの周期で10本形成
した場合(即ち、10本の発振ストライブを構成する場
合)の、注入電流に対する光出力、無効電力、及び注入
電力(光出力と無効電力との和)の変化の様子を第4図
に示す、無効電力の内の素子抵抗によるジュール熱の注
入電流に対する変化も第4図に示されている。第4図か
ら明らかなように、ジュール熱は電流の増大に対してそ
の自乗の割合で急激に増大する0例えば、電流が0.7
Aであれば、光出力が0. 36W、無効電力が1.1
6Wであるのに対して、素子抵抗によるジュール熱は0
.4Wにもなる。また、このような構成に於けるレーザ
素子Aの最大光出力は0.7Wである。
(発明が解決しようとする課題)
素子抵抗としては、成長層側の抵抗だけではなく、基板
の抵抗も考慮しなければならない、成長層の厚さに比べ
て基板は厚いので、基板の抵抗は比較的大きなものにな
る。基板の抵抗に起因して基板側で生じた熱は、空気中
へは放散し難い、従って、その熱によって、レーザ素子
の活性層及びその近傍の温度が上昇し、レーザ素子の特
性が悪化する。
の抵抗も考慮しなければならない、成長層の厚さに比べ
て基板は厚いので、基板の抵抗は比較的大きなものにな
る。基板の抵抗に起因して基板側で生じた熱は、空気中
へは放散し難い、従って、その熱によって、レーザ素子
の活性層及びその近傍の温度が上昇し、レーザ素子の特
性が悪化する。
本発明は、半導体レーザ素子で発生した熱を効率よく放
熱させることができ、従ってレーザ素子を高出力で動作
させても素子の温度上昇が小さく、特性の悪化を防止す
ることのできる半導体レーザ装置を提供することを目的
とする。
熱させることができ、従ってレーザ素子を高出力で動作
させても素子の温度上昇が小さく、特性の悪化を防止す
ることのできる半導体レーザ装置を提供することを目的
とする。
(課題を解決するための手段)
本発明の半導体レーザ装置は、ヒートシンクと、一方の
表面が該ヒートシンクに取り付けられた半導体レーザ素
子と、該半導体レーザ素子の他方の表面に取り付けられ
た他のヒートシンクとを備えており、そのことにより上
記目的が達成される。
表面が該ヒートシンクに取り付けられた半導体レーザ素
子と、該半導体レーザ素子の他方の表面に取り付けられ
た他のヒートシンクとを備えており、そのことにより上
記目的が達成される。
また、本発明の半導体レーザ装置は、前記半導体レーザ
素子の他方の表面に凹所が形成されており、前記他のヒ
ートシンクが該凹所に適合した凸部を有している構成と
することもできる。
素子の他方の表面に凹所が形成されており、前記他のヒ
ートシンクが該凹所に適合した凸部を有している構成と
することもできる。
(作用)
本発明の半導体レーザ装置に於いては、半導体レーザ素
子の活性層及びその近傍で発生した熱は、成長層側に取
り付けられた一方のヒートシンクと基板側に取り付けら
れた他方のヒートシンクとの両方によって吸収される。
子の活性層及びその近傍で発生した熱は、成長層側に取
り付けられた一方のヒートシンクと基板側に取り付けら
れた他方のヒートシンクとの両方によって吸収される。
更に、基板抵抗に基づいて発生した熱は該他方のヒート
シンクによって吸収される。従って、半導体レーザ素子
の温度上昇が低減され、出力特性が改善され、高出力動
作が可能となる。
シンクによって吸収される。従って、半導体レーザ素子
の温度上昇が低減され、出力特性が改善され、高出力動
作が可能となる。
(実施例)
本発明を実施例について以下に説明する。
第1図に本発明の一実施例を示す4本実施例は、前述の
第3図に示す従来例と同様の構造の半導体レーザ素子A
を用いている0本実施例の作製手順を説明する。先ず、
半導体レーザ素子Aを前述と同様の工程で作製した。た
だし、基板1の厚さは化学エツチングによって70μm
とした。尚、渭3は従来例と同じく5μmの周期で10
本形成した。直方体状のCuヒートシンク21(福50
0B m X JJ行500μmX高さ200μm)の
底面に電極22を形成し、この電極22と素子Aの基板
側の電極8とをInハンダ材23を介して熱融、着した
。その後、素子Aの結晶成長層側の電極9とCuヒート
シンク10のtallとをInハンダ材12を介して熱
融着して本実施例装置を得た。
第3図に示す従来例と同様の構造の半導体レーザ素子A
を用いている0本実施例の作製手順を説明する。先ず、
半導体レーザ素子Aを前述と同様の工程で作製した。た
だし、基板1の厚さは化学エツチングによって70μm
とした。尚、渭3は従来例と同じく5μmの周期で10
本形成した。直方体状のCuヒートシンク21(福50
0B m X JJ行500μmX高さ200μm)の
底面に電極22を形成し、この電極22と素子Aの基板
側の電極8とをInハンダ材23を介して熱融、着した
。その後、素子Aの結晶成長層側の電極9とCuヒート
シンク10のtallとをInハンダ材12を介して熱
融着して本実施例装置を得た。
本実施例に於いて、レーザ素子Aに電流を注入して最大
光出力を測定したところ、1.0Wであり、従来例に於
ける0、7Wに比べて大きく向上したものであった。更
に、高温雰囲気中(50℃)で光出力を200mWとし
て、前述の従来例と本実施例とに対して信頼性試験を行
った。従来例に於ける素子は約300時間で発振を停止
したのに対して、本実施例に於ける素子は約1000時
間以上安定して発振した。
光出力を測定したところ、1.0Wであり、従来例に於
ける0、7Wに比べて大きく向上したものであった。更
に、高温雰囲気中(50℃)で光出力を200mWとし
て、前述の従来例と本実施例とに対して信頼性試験を行
った。従来例に於ける素子は約300時間で発振を停止
したのに対して、本実施例に於ける素子は約1000時
間以上安定して発振した。
尚、基板1が薄い程、放熱効果が増大し、しかも基板で
発生するジュール熱は減少するので、基板1の厚さは上
述のように出来るだけ薄い方が好ましい。
発生するジュール熱は減少するので、基板1の厚さは上
述のように出来るだけ薄い方が好ましい。
第2図に本発明の他の実施例を示す0本実施例では、レ
ーザ素子Bの基板1には、レーザ発振方向に両出射端面
間を沿伸する溝状の逆台形断面の凹所13(幅100μ
m×深さ40μm)を化学エツチングによって形成した
。素子Bの基板側の電極8に熱融着されているヒートシ
ンク24には、凹所13に対応した形状を有する、すな
わち凹所13に嵌合する凸部25を設けた。従って、レ
ーザ素子Bの電[8はヒートシンク24の電極22にI
nハンダ材23を介して全面的に熱融着した。
ーザ素子Bの基板1には、レーザ発振方向に両出射端面
間を沿伸する溝状の逆台形断面の凹所13(幅100μ
m×深さ40μm)を化学エツチングによって形成した
。素子Bの基板側の電極8に熱融着されているヒートシ
ンク24には、凹所13に対応した形状を有する、すな
わち凹所13に嵌合する凸部25を設けた。従って、レ
ーザ素子Bの電[8はヒートシンク24の電極22にI
nハンダ材23を介して全面的に熱融着した。
本実施例では、レーザ素子Bのレーザストライプからヒ
ートシンク24迄の距離は30μmと短いので、半導体
レーザ素子の活性領域で発生した熱はより効率良くヒー
トシンク24に吸収される。
ートシンク24迄の距離は30μmと短いので、半導体
レーザ素子の活性領域で発生した熱はより効率良くヒー
トシンク24に吸収される。
更に、活性領域近傍の基板1の厚さが小さくされている
ので、基板抵抗が減少し、それに応じて発熱も減少する
。従って、第1図の実施例よりも高出力で動作可能であ
る0本実施例では、レーザ素子Bの最大光出力は1.2
Wであり、50℃、200mWに於ける信頼性試験では
約2000時間以上安定して発振した。
ので、基板抵抗が減少し、それに応じて発熱も減少する
。従って、第1図の実施例よりも高出力で動作可能であ
る0本実施例では、レーザ素子Bの最大光出力は1.2
Wであり、50℃、200mWに於ける信頼性試験では
約2000時間以上安定して発振した。
凹所13はレーザ素子の出射端面近傍にのみ設けるよう
にすることもできる。或いは、凹所13は、基板1表面
の中央領域のみに形成されたものであってもよい、これ
らの場合には、ヒートシンク24の凸部25の形状は該
凹所の形状に適合したものとされるのは当然である。ま
た、凹所13は基板1に形成したが、素子の成長層側に
凹所を形成するようにしてもよい、この場合には、レー
ザ素子は第2図に示すレーザ素子の上下関係を逆にして
配設される。
にすることもできる。或いは、凹所13は、基板1表面
の中央領域のみに形成されたものであってもよい、これ
らの場合には、ヒートシンク24の凸部25の形状は該
凹所の形状に適合したものとされるのは当然である。ま
た、凹所13は基板1に形成したが、素子の成長層側に
凹所を形成するようにしてもよい、この場合には、レー
ザ素子は第2図に示すレーザ素子の上下関係を逆にして
配設される。
前述の各実施例の装置では、半導体レーザ素子としては
VSIS構造のレーザアレイを用いているが、他の導波
構造のレーザアレイを用いることもできる。また、単一
発振スドライブを有するレーザ素子を用いてもよい。
VSIS構造のレーザアレイを用いているが、他の導波
構造のレーザアレイを用いることもできる。また、単一
発振スドライブを有するレーザ素子を用いてもよい。
(発明の効果)
本発明の半導体レーザ装置は、このように、半導体レー
ザ素子で発生した熱を効率よく放熱させることができる
。従って、半導体レーザ索子の温度上昇が小さく、レー
ザ素子の特性の悪化を防止することができ、高出力で動
作させることができる。
ザ素子で発生した熱を効率よく放熱させることができる
。従って、半導体レーザ索子の温度上昇が小さく、レー
ザ素子の特性の悪化を防止することができ、高出力で動
作させることができる。
、・ ゝt;8
第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図は本発
明の他の実施例を示す断面図、第3図は従来例の断面図
、第4図はその従来例の出力特性を示すグラフである。
明の他の実施例を示す断面図、第3図は従来例の断面図
、第4図はその従来例の出力特性を示すグラフである。
A、B・・・半導体レーザ素子、10.21.24・・
・ヒートシンク、13・・・凹所、25・・・凸部。
・ヒートシンク、13・・・凹所、25・・・凸部。
以上
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、ヒートシンクと、一方の表面が該ヒートシンクに取
り付けられた半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子
の他方の表面に取り付けられた他のヒートシンクとを備
えた半導体レーザ装置。 2、前記半導体レーザ素子の他方の表面に凹所が形成さ
れており、前記他のヒートシンクが該凹所に適合した凸
部を有している請求項1に記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33369388A JPH02177583A (ja) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33369388A JPH02177583A (ja) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02177583A true JPH02177583A (ja) | 1990-07-10 |
Family
ID=18268910
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33369388A Pending JPH02177583A (ja) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02177583A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0537089A (ja) * | 1991-07-25 | 1993-02-12 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
US5454002A (en) * | 1994-04-28 | 1995-09-26 | The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma | High temperature semiconductor diode laser |
US5835515A (en) * | 1996-10-25 | 1998-11-10 | Lucent Technologies Inc. | High power semiconductor laser array |
GB2373636A (en) * | 2000-11-29 | 2002-09-25 | Mitsubishi Chem Corp | Semiconductor light emitting device with two heat sinks in contact with each other |
US8031751B2 (en) | 2007-09-21 | 2011-10-04 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor laser device |
-
1988
- 1988-12-28 JP JP33369388A patent/JPH02177583A/ja active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0537089A (ja) * | 1991-07-25 | 1993-02-12 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
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